ESTUDIOS HACIA LA SÍNTESIS DEL ANILLO DILACTÓNICO DE ANTIMICINAS
LILIANA MARCELA BECERRA FIGUEROA
LABORATORIO DE SÍNTESIS ORGÁNICA, BIO-Y ORGANOCATÁLISIS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES BOGOTÁ D.C.
ESTUDIOS HACIA LA SÍNTESIS DEL ANILLO DILACTÓNICO DE ANTIMICINAS
Trabajo presentado como requisito parcial para optar al título de Magister en Ciencias-Química.
Presentado por:
LILIANA MARCELA BECERRA FIGUEROA
Director
DIEGO GAMBA SÁNCHEZ Químico, M.Sc, Ph.D
LABORATORIO DE SÍNTESIS ORGÁNICA, BIO-Y ORGANOCATÁLISIS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES BOGOTÁ D.C.
“…Sin embargo, es preciso que le haga comprender que aquí no se trata de heroísmo.
Se trata solamente de honestidad. Es una idea que puede que le haga reír; pero el único medio para luchar contra la peste es la honestidad. ¿Qué es la honestidad?, no sé que es. Pero en mi caso sé que no es más que hacer bien mi oficio”.
AGRADEZCO:
A la Universidad de los Andes y al Departamento de Química quienes me permitieron alcanzar uno de mis objetivos académicos.
A mi director Dr. Diego Gamba Sánchez, por todo lo que me enseñó, sus conocimientos y su experiencia, por su paciencia y porque son invaluables todos los aprendizajes que adquirí de él.
A mis compañeros y compañeras de laboratorio por hacer de cada día de trabajo una jornada grata y agradable.
A mis compañeros y compañeras de posgrado especialmente a Katherine, Andrés, y Jessica.
A los amigos y amigas de la vida, no necesito nombrarlos, ellos saben quiénes son. A mi familia, mis tíos y mis primas, por acogerme en sus casas.
A mis hermanas Isy, Lina y mi primo César, para quienes mi gratitud es infinita.
Por último y no menos importantes, a mis padres que en la distancia me acompañaron todos los días con sus noches, por la motivación de ser una mejor persona y por inculcarme valores que ahora son mis herramientas de vida, pero ante todo por su amor, este trabajo es para ellos.
CONTENIDO
Pág.
1. RESUMEN 12
2. ABSTRACT 13
3. INTRODUCCIÓN 14
4. MARCO TEÓRICO 15
5. JUSTIFICACIÓN 19
6. ANÁLISIS RETROSINTÉTICO DEL MODELO PARA
LA FORMACIÓN DEL ANILLO DILACTÓNICO 21
7. ANÁLISIS RETROSINTÉTICO PARA LA FORMACIÓN
DEL ANILLO DILACTÓNICO DE ANTIMICINAS A3b 23
8. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 28
8.1MODELO PARA LA FORMACIÓN DEL ANILLO
DILACTÓNICO 28
8.1.1 Síntesis del fragmento
(4R*,5S*)-4-(benciloxi)-5-pentildihidrofuran-2(3H)-ona. 28
a) Síntesis de ácidos β,γ-insaturados 28
Acido 3-pentenóico 30
Acido 3-nonenóico 31
b) Esterificación de ácidos β,γ-insaturados 31
3-pentenoato de etilo 32
c) Síntesis del (3R*,4R*)-epoxinonanoato de etilo 32
d) Síntesis de
(4R*,5S*)-4-hidroxi-5-pentildihidrofuran-2(3H)-ona 33
e) Protección de
(4R*,5S*)-4-hidroxi-5-pentildihidrofuran-2(3H)-ona 36
Bencilación 36
Protección con grupos sililados 38
Tosilación 39
8.1.2 Síntesis del fragmento (2-benciloxibenzoil)-D-treonina 41
a) Obtención del ácido 2-(benciloxi) benzóico 41
b) Síntesis de 3-(2-benciloxibenzoil)-1,3-tiazolidia-2-tiona 42
c) Síntesis del ácido
(2S,3R)-2-(2-(oxibencil)benzamido)-3-hidroxibutanóico 45
8.2 AVANCES PARA LA FORMACIÓN
DEL ANILLO DILACTÓNICO DE ANTIMICINAS A3b 47
8.2.1 Síntesis del ácido 2-pentenoico 47
8.2.2 Síntesis del 2-pentenoato de etilo 47
8.2.3 Síntesis del 4-bromo-2-pentenoato de etilo 48
8.2.4 Síntesis de 2-butil-3-pentenoato de etilo 50
8.2.5 Estudios hacia la formación del fragmento
del ácido 3-formamidosalicílico 53
a) Síntesis del ácido 3-nitrosalicílico 55
b) Síntesis del ácido 3-aminosalicílico 55
9. CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS 57
10.PARTE EXPERIMENTAL 58
ABREVIATURAS Moléculas
AcOEt Acetato de etilo BnBr Bromuro de bencilo DCC Diciclohexilcarbodiimida DCM Diclorometano
DMAP 4-Dimetilaminopiridina DMSO Dimetilsulfóxido DMF N,N-Dimetiformamida
m-CPBA Acido meta cloroperbenzóico THF Tetrahidrofurano
TMDA N,N,N',N'-tetrametiletilendiamina HMAP Hexametilfosforamida
TESCl Trietilclorosilano TBDPSCl t-butildifenilclorosilano TMSCl Trimetilclorosilano
Grupos
Bn Bencilo
Ph Fenilo
INDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Estructura general de las antimicinas 15
Figura 2. Inhibición de las antimicinas sobre el
ÍNDICE DE ESQUEMAS
Pág.
Esquema 1. Retrosíntesis para la formación de la dilactona. 22
Esquema 2. Análisis retrosintético en la formación del anillo
dilactónico de (-)-Antimicina A3b 25
Esquema 3. Obtención de antimicinas A3b usando
Agentes Protonantes Quirales 27
Esquema 4. Formación de compuestos α,β y β,γ insaturados
vía protonación de dienolatos 28
Esquema 5. Obtención de alquenos sustituidos usando soportes sólidos
e irradiación por microondas 29
Esquema 6. Reacción típica para obtener ácidos insaturados 29
Esquema 7. Síntesis del ácido 3- pentenóico 30
Esquema 8. Síntesis del ácido 3-nonenóico 31
Esquema 9. Síntesis del 3-pentenoato de etilo 32
Esquema 10. Esterificación del ácido 3-nonenóico 32
Esquema 11. Epoxidación 3-hexenoato de etilo 33
Esquema 12. Síntesis de (3R*,4R*)-epoxinonanoato de etilo 33
Esquema 13. Formación de β-hidroxi-γ-lactonas
mediante la hidrólisis ácida de 3,4 epoxiésteres. 34
Esquema 14. Formación de lactona por hidrólisis de epóxidos 35
Esquema 15. Estrategia de protección del grupo hidroxilo
terminal de Walkup 37
Esquema 16. Estrategia de protección β-hidroxi-γ-lactonas descrito por Ahn. 37 Esquema 17. Protección de la lactona con el grupo TBDPSCl en DCM 38 Esquema 18. Protección de la lactona con el grupo TBDPSCl en DMF 39
Esquema 19. Formación de lactonas usando ácido camfersulfónico 39
Esquema 20. Hidrólisis, ciclación y protección tándem. 20
Esquema 21. Obtención del ácido 2-(oxibencil) benzoico 41
Esquema 22. Mecanismos para la formación de la amida 11 43
Esquema 23. Obtención de tiazolidintionas y oxazolidintionas 44
Esquema 24. Síntesis de 1,3 tiazolidina-2-tionas 44
Esquema 25. Síntesis de la amida 11 por acoplamiento entre el ácido
carboxílico y la 1,3-tiazolidin-2-tiona 45
Esquema 26. Síntesis de (2-benciloxibenzoil)-D-treonina 45
Esquema 27. Obtención de la amida 10 usando SOCl2 46
Esquema 28. Uso de cloruro de oxalilo para obtención de amida 49
similar a la amida 10 46
Esquema 29. Obtención del ácido 2-pentenoico 47
Esquema 31. Bromación en posición alílica del ciclohexeno 48
Esquema 32. Formación del 4-Bromo-2-pentenoato de etilo 49
Esquema 33. Rendimientos obtenidos para la alquilación de
ésteres insaturados 50
Esquema 34. Adición del radical butilo sobre el 4-bromo-
2-butenoato de metilo 51
Esquema 35. Obtención del éster alquílico usando BuCuCNMgBr 52
Esquema 36. Uso de Bu2Cu(CN)Li2.BF3 para adiciones alquílicas 52 Esquema 37. Síntesis de 2-butil-3-pentenoato de etilo a partir
del 2-pentenoato de etilo 53
Esquema 38. Obtención del ácido 3 formamidosalicílico 54
Esquema 39. Formación del ácido 3 formamidosalicílico 54
Esquema 40. Reducción de isómeros 3 y 5 nitrosalicílico 56
Esquema 41. Obtención del producto nitrado después de la
esterificación del ácido salicílico 56
Esquema 42. Síntesis de la lactona protegida 57
Esquema 43. Obtención del derivado del ácido salicílico
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Etapas de síntesis y rendimientos obtenidos durante
el cierre del anillo dilactónico y la formación de la Antimicina A3b 18
Tabla 2. Condiciones y tiempos empleados
para la obtención del éster bromado 48
Tabla 3. Condiciones para la obtención
12
1. RESUMEN
Algunos grupos de investigación han estudiado diferentes rutas sintéticas para obtener antimicinas. El interés por el estudio de estos compuestos se debe a su actividad biológica, principalmente para el tratamiento de enfermedades causadas por bacterias y hongos, tal actividad se debe a las variedades estructurales de los radicales del anillo dilactónico; sin embargo, como es lógico suponer, la obtención de grupos especiales en posiciones determinadas de la estructura es un trabajo que debe hacerse en el laboratorio. En la presente investigación se obtuvieron dos fragmentos que pueden acoplarse para formar el anillo de 9 miembros característico de las antimicinas, este modelo podrá ser usado para obtener otros análogos. La propuesta inicial incluía la síntesis del anillo, sin embargo, por razones de tiempo y de los inconvenientes en la optimización de algunas reacciones, no es posible mostrar esos resultados en este documento.
13 2. ABSTRACT
The coupling between threonine-salicylic acid derivative and protected β-hydroxyl γ-lactones can be a new strategy to obtain in one step the 9-member ring of antimycins. We describe here the non-optimized results for the synthesis of these two fragments, as well as the preliminary studies for the synthesis of these two antimycin A3b precursors.
14 3. INTRODUCCIÓN
En el presente documento se describe el trabajo realizado durante 15 meses (Enero 2012-abril 2013) en el laboratorio de Síntesis Orgánica Bio- y Organocatálisis de la Universidad de los Andes. Esta investigación fue supervisada permanentemente por el Dr. Diego Gamba Sánchez y su objetivo central fue desarrollar una nueva ruta de síntesis que permita obtener el anillo dilactónico de antimicinas de forma eficiente. En las siguientes páginas se presentarán los resultados obtenidos a la fecha, haciendo una descripción detallada de los problemas experimentales y soluciones que se encontraron, para esto se dividió el trabajo en tres partes.
En la primera, se presentan los aspectos más importantes sobre las antimicinas, su actividad biológica, métodos de extracción, mecanismos de acción y algunos reportes sobre síntesis descritas anteriormente, adicionalmente se explicará por qué es importante idear nuevas estrategias de síntesis para este tipo de moléculas.
Posteriormente, las partes dos y tres se centrarán en la descripción y discusión de los resultados obtenidos. Primero se presentarán los resultados del modelo para la obtención de la dilactona mediante el acoplamiento de dos fragmentos y en particular la síntesis de dichos fragmentos, y en la tercera parte se discutirán los resultados para la optimización de las primeras etapas de la síntesis de antimicinas A3b.
Finalmente se encuentra la parte experimental donde se expondrán todas las técnicas y procedimientos experimentales usados durante este trabajo.
15 4. MARCO TEÓRICO
Las antimicinas son compuestos producidos biológicamente por especies de bacterias filamentosas pertenecientes a la especie Streptomyces1; estas bacterias han sido de gran importancia en el campo farmacológico pues han sido capaces de producir más de 60002 estructuras biológicamente activas contra otras bacterias. Las antimicinas fueron descubiertas en 19493 y desde entonces ha venido incrementándose el interés en su estudio, debido a que no solo presentan propiedades antibióticas4 sino que también son antifúngicas1 e inmunosupresoras5.
La actividad biológica de las antimicinas es altamente dependiente del tipo de sustituyentes del anillo central5, la estructura general de estos compuestos se muestra en la figura 1. El anillo central de la estructura corresponde a un anillo dilactónico de 9 miembros, el cual contiene dos radicales metilo, un radical alquilo y uno hidroxilo que puede estar esterificado o no, cada uno de estos grupos hace parte de un centro asimétrico; adicionalmente, el anillo dilactónico está unido al ácido 3-formamidosalicílico a través de un enlace amida sobre el átomo de nitrógeno en C3
R1= Et, n-Bu, 1,2 dimetil propil, 4-metilhexil, isopentil Deisovaleriblastimicina: R1= nBu
R2= Me, nPr, iPr, nBu, secBu, isopentil, 3-metilpentil, Bn Uraquimicina A: R1=iBu
Uraquimicina B: R1=isopentil
. Kitamicina A: R1= nHex
Kitamicina B: R1= isopentil
Figura 1. Estructura general de las antimicinas
1. Wasserman, H. H.; Gambale, R. J., J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 1423-1424. 2. Houssam, M.; Maged, A., Aust. J. Basic & Appl. Sci. 2009, 3,126-135. 3. Yang, Y.-Q.; Wu, Y., Org. Prep. Proced. Int. 2007, 39, 135-152.
4. Chakraborty, T. K.; Chattopadhyay, A. K.; Ghosh, S., Tetrahedron Lett. 2007, 48, 1139-1142.
16 Las antimicinas se clasifican de acuerdo con la sustitución en el grupo hidroxilo, son entonces aciladas o deaciladas dependiendo del sustituyente presente en posición 8. Así, la variedad estructural de las antimicinas deaciladas dependerá del grupo en posición 7 y en las aciladas del mismo grupo 7 y el grupo acilo en posición 8. De ésta forma, las diferencias estructurales entre las antimicinas aciladas y deaciladas son el grupo alquilo unido directamente al anillo y el grupo acilo sobre el alcohol secundario. Algunos estudios han demostrado que la actividad biológica es altamente dependiente de los sustituyentes del anillo dilactónico y de la estructura de los mismos. Por ejemplo, las cadenas laterales del grupo 7-alquil y 8-O-acil en el anillo dilactónico otorgan un efecto antifúngico,mientras que la acción antibacteriana se debe a la inhibición del transporte de electrones de la cual es responsable el grupo 3-formamidosalicílico1.
En las bacterias, la cadena de transporte de electrones ocurre en la membrana plasmática a través de unos complejos respiratorios cuya función principal es la generación de ATP (Figura 2)6.Según estudios reportados por Gottlieb7 y colaboradores, el efecto antibiótico de las antimicinas se da a concentraciones de 3 x 10 -6 M actuando sobre los citocromos b y c o complejo III, el cual inhibe el bombeo de protones desde la matriz sin tener efecto sobre la succinato deshidrogenasa o complejo II, el cual no está presente en todos los organismos y tiene como función capturar electrones del donador NADH y los transfiere a la ubiquinona (Q). Por otro lado los autores reportan que al usar concentraciones más altas de antimicina A, se ven afectados otros sitios de la cadena de transporte electrónico. Sin embargo, las antimicinas, no solamente tienen un efecto inhibitorio en la respiración mitocondrial sino también afectan procesos fotosintéticos y la síntesis de proteínas por otros mecanismos de acción que no se describirán, ya que no son objeto de este trabajo.
6. Becerra-Figueroa, L.; Gamba-Sánchez, D., Hipótesis 2013, En prensa. 7. Gottlieb, D.; Shaw, P. D., Annual review of phytopathology 1970, 8, 371-402.
17 Figura 2. Inhibición de las antimicinas sobre el mecanismo de transporte de electrones Puesto que la actividad en las antimicinas está íntimamente ligada a los sustituyentes alquílicos, acílicos y al derivado del ácido salicílico, es necesario obtener cantidades importantes de antimicinas, con variedad de grupos en estas posiciones, con el fin de evaluar el aumento o disminución en su actividad. La estrategia común de obtención de antimicinas es el cultivo de cepas de Streptomyces incubadas a 27 °C en agares ricos en glucosa y peptonas; habitualmente las extracciones se realizan con acetona y cloroformo, seguidas de la evaporación de los disolventes y de la purificación mediante cromatografía en columna obteniéndolas en pequeñas cantidades8. Sin embargo, dada la variedad estructural de este tipo de compuestos, si se requiere un tipo de antimicina con sustituyentes específicos en posiciones 7 y/o 8 es necesario prepararla en el laboratorio. Como es lógico pensar, antes de tratar de sintetizar antimicinas con grupos nuevos en posiciones específicas, es necesario estudiar la síntesis del producto natural. La primera síntesis de antimicinas tipo A3b se realizó en 1972 por Kinoshita y colaboradores3, desde entonces se
18 han realizado investigaciones reportando largas rutas de síntesis y bajos rendimientos tanto en la formación del anillo dilactónico como en la síntesis total de la antimicina (tabla 1)
Año
Grupo Etapas
Cierre de anillo
R (%) Etapas formación de antimicina
R (%) Global
1972 Kinoshita 3 0,23 11 0,019
1979 Kinoshita 5 5 14-15 3,6
1983 Oishi3 8 5 18 1,22
1991 Fredj3 6 19 14 0,05
2000 Kiyota3 4 27 14-15 2,32
2000 Tsunoda3 5 15 18 4,6
2006 Wu3 7 36 11-12 34,5
Tabla 1 Etapas de síntesis y rendimientos obtenidos durante el cierre del anillo dilactónico y la formación de la Antimicina A3b
Las síntesis mencionadas en la tabla 1, son variadas, algunas son estrategias convergentes, otras semiconvergentes y otras lineales, sin embargo, tienen en común el uso de más de diez etapas totales y un importante número de etapas de protección y desprotección, principalmente de los grupos OH antes de realizar el cierre del anillo dilactónico.
El objetivo final de esta investigación era estudiar una alternativa de acoplamiento para los dos fragmentos del anillo dilactónico en una sola etapa, sin embargo, era necesario preparar los sustratos para el estudio de este cierre. Los resultados presentados se centran en la obtención de estos dos fragmentos. Los ensayos preliminares de acoplamiento se encuentran en ejecución en el laboratorio y desafortunadamente por diferentes razones no fue posible incluirlos en este documento.
19 5. JUSTIFICACIÓN
En los últimos años ha existido un gran interés por encontrar nuevos antibióticos que puedan contrarrestar las infecciones causadas por bacterias; alrededor de 22500 antibióticos se han obtenido de microorganismos de los cuales un 45% son obtenidos de bacterias pertenecientes a la especie actinomicetos, 38% son obtenidos de hongos y un 17% de bacterias unicelulares9. La obtención de nuevos antibióticos tiene importancia significativa dentro del campo terapéutico debido a que las bacterias pueden generar resistencia a los medicamentos usados y de esta manera sobrevivir en presencia de ellos10. Dos de las principales causas de este problema son la automedicación y el desconocimiento del tipo de bacterias que provoca la infección, es por esto que la resistencia a los antibióticos ya es un problema común y catalogado en algunos países como problema de salud pública o incluso pandemia en países como Estados Unidos.11
A pesar de que los antibióticos pueden ser obtenidos biológicamente de los mismos microorganismos, existen otras estrategias para obtener compuestos que tengan actividad biológica: Se pueden obtener compuestos sintéticos cuyas estructuras se basan en compuestos de origen natural (síntesis orientada) o se pueden hacer modificaciones químicas sobre antibióticos producidos por microorganismos (semisíntesis).
Debido a que las bacterias tienen la capacidad de desarrollar mecanismos de defensa para sobrevivir y proliferarse, se hace necesario obtener nuevos antibióticos con modificaciones estructurales que sean capaces de combatir las bacterias resistentes.
Se mencionó anteriormente que la actividad biológica de las antimicinas depende del tipo de sustituyentes que presenta el anillo dilactónico, los estudios descritos anteriormente sobre la formación de la dilactona han reportado bajos rendimientos y rutas de síntesis largas. Este trabajo propone un modelo para la formación del anillo dilactónico el cual busca obtener la dilactona en una sola etapa de cierre. Por otro lado, se propone una ruta de
9. Demain, A.; Sanchez, S., J. Antibiot. 2009, 62,5-16. 10. Neu, H. C., Science 1992, 257, 1064-1073.
20 síntesis de Antimicinas A3b que involucra un número de pasos no mayor a 7 (en la secuencia lineal más larga) esta propuesta permitiría obtener análogos de antimicinas, es decir, se tendrá la posibilidad de modificar los diferentes sustituyentes en el anillo dilactónico modificando solamente los productos de partida mas no la ruta de síntesis.
21 6. ANÁLISIS RETROSINTÉTICO DEL MODELO PARA LA FORMACIÓN DEL
ANILLO DILACTÓNICO
El análisis retrosintético del esquema 1 muestra la propuesta de obtención del anillo dilactónico en una sola etapa de cierre. Este modelo difiere de la antimicina natural en la ausencia de un grupo R en posición 7, y en el tamaño del grupo en posición 9, además se usa ácido salicílico para simular el ácido 2-formamidosalicílico ya que este último es bastante costoso, sin embargo, el modelo permite estudiar una síntesis convergente para la formación del ciclo. Los objetivos propuestos para el desarrollo de este modelo incluían sintetizar los compuestos 4 y 10 los cuales serían acoplados para la formación de dicho anillo.
Los compuestos de partida para la formación de la lactona 4 corresponden al ácido malónico 8 y aldehídos enolizables tipo 9, estos últimos fueron escogidos de acuerdo con su disponibilidad comercial. La primera etapa de esta síntesis corresponde a la formación del ácido β,γ-insaturado 7 mediante una reacción de Knoevenagel, este ácido deberá ser esterificado para producir el éster 6 usando condiciones clásicas (alcohol en medio ácido). Posteriormente, la epoxidación del éster para obtener 5 seguida de una hidrólisis y la protección del grupo OH deben permitir obtener el fragmento 4.
Por otra parte, el fragmento 10 podría ser preparado desde ácido salicílico, por una secuencia eterificación, seguida de la transformación del ácido en un derivado más reactivo y posteriormente un acoplamiento con el aminoácido.
El modelo para la formación del anillo dilactónico involucra 5 etapas para la formación del compuestos 4 y 4 etapas para la formación de 10, adicionando la etapa de ciclación y la etapa de desprotección y funcionalización, se tendrán teóricamente una síntesis completa en 8 etapas. Más adelante se discutirán los pormenores de esta síntesis.
22 Esquema 1. Retrosíntesis para la formación de la dilactona.
23
7. ANÁLISIS RETROSINTÉTICO PARA LA FORMACIÓN DEL ANILLO
DILACTÓNICO DE ANTIMICINAS A3b
La retrosíntesis mostrada en el esquema 1, es una propuesta para la formación de la dilactona mediante el acoplamiento de los fragmentos 4 y 10 en una sola etapa. Adicionalmente, se propone una ruta para la obtención de antimicinas A3b, que lógicamente se basa en el modelo descrito anteriormente; en esta propuesta se plantea una estrategia de síntesis que pueda servir en la obtención de otras antimicinas o análogos.
El análisis retrosintético mostrado en el esquema 2 indica la formación del ácido 2-pentenóico 21 (este ácido es comercial pero tiene un alto costo: cerca de 150USD/25g) a partir del ácido malónico 8 y el propanaldehído 22. La esterificación del ácido 21 bajo condiciones clásicas permitiría la obtención del éster α,β-insaturado 19. Como se puede observar en el esquema, la formación del éster 18, se puede realizar a partir de la adición del grupo butilo sobre el éster 19 o por una sustitución sobre el éster bromado 20, este último formado después de realizar una bromación alílica sobre el éster 19.
La síntesis de la lactona 17a es posible mediante el uso de dos rutas: una enantioselectiva mediante una dihidroxilación de Sharpless (Esquema 2) y la segunda racémica usando KMnO4 o cualquier otro método de dihidroxilación diastereoselectiva syn. (Esquema 3).
El uso de la dihidroxilación de Sharpless sobre el éster 18 permitirá obtener la lactona 17a o su enantiómero dependiendo de la mezcla de dihidroxilación que usemos, esta reacción se espera que sea selectiva, es decir, el diol debe estar en posición anti con respecto del grupo butilo dado su tamaño y el impedimento estérico que puede causar. El uso de un método enantioselectivo garantiza la obtención de un par de diastereoisómeros que normalmente se podrá separar por cromatografía en columna lo que llevaría a una síntesis de antimicina enantioméricamente pura.
24 Por otro lado, para la síntesis del fragmento 33 se podrán adaptar las condiciones empleadas en la formación del fragmento 10 mostrada en la retrosíntesis del Esquema 1.
Finalmente, la lactona 17a sería acoplada al compuesto 33 para obtener el anillo dilactónico precursor de la antimicina.
25 Esquema 2. Análisis retrosintético en la formación del anillo dilactónico de (-)-Antimicina A3b
26 La optimización de la reacción de dihidroxilación usando KMnO4 o cualquier otro método diastereoselectivo (Esquema 3) tiene importancia como etapa inicial de un nuevo proyecto en el que se planea obtener el éster 18 enantioméricamente puro mediante una reacción de protonación asimétrica. Esta síntesis incluye la formación del enolato 23 seguida de la protonación en el carbono α mediante el uso de un agente protonante quiral CPA (Chiral
Protonating Agent).Si 18a y 18b tienen fijado un centro asimétrico, no debe ser necesaria
una dihidroxilación asimétrica, por esta razón, se hace necesario encontrar las condiciones óptimas para hacerlo mediante el uso de un agente oxidante clásico. Los métodos descritos en la literatura para este tipo de dihidroxilaciones incluyen OsO4, óxidos de rutenio y otros metales pesados, que son costosos y de difícil acceso dadas sus propiedades. En este documento se plantea una alternativa sabiendo que se deben controlar muy bien las condiciones experimentales ya que por lo general el uso de KMnO4 lleva a productos de sobre oxidación (esquema 3), afortunadamente se han descrito en la literatura otros métodos que se pueden usar para este fin, como el descrito en 2005 por Emmanuvel et coll12 donde se usa NaIO4/LiBr como agente de dihidroxilación.
27
Esquema 3. Obtención de antimicinas A3b usando Agentes Protonantes Quirales
Adicional a lo mencionado anteriormente, si se revisa en detalle la estereoquímica del anillo de las antimicinas, es evidente que el fragmento 1,2-diol (resaltado en esquema 3) es anti, lo que significa que la etapa de funcionalización final del anillo, debe hacerse mediante una reacción de Mitsunobu para cambiar la configuración del OH secundario.
Una alternativa es usar una reacción de epoxidación (igual que en el modelo) y de esta manera la funcionalización o esterificación final podría hacerse usando las condiciones de una esterificación de Steglish con conservación de la configuración.
28 8. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
8.1 MODELO PARA LA FORMACIÓN DEL ANILLO DILACTÓNICO. 8.1.1 Síntesis del fragmento (4R*,5S*)-4-(benciloxi)-5-pentildihidrofuran-2(3H)-ona. (4)
a) Síntesis de ácidos β,γ-insaturados
Cuando se trata de obtener ácidos insaturados, la reacción de Knoevenagel ha sido la opción más ampliamente utilizada desde hace décadas. La formación de ácidos α,β y β,γ-insaturados ocurre con ácido malónico y aldehídos en presencia de bases como la piridina y piperidina, sin embargo, el rendimiento que se obtiene para el ácido αβ es mucho mayor que para su isómero βγ, cuando la reacción se hace bajo las condiciones típicas, es decir, largos tiempos de reacción y altas temperaturas. Estudios mecanísticos detallados hechos por Corey en los años 50’s13,14 mostraron que la proporción de estos isómeros es altamente dependiente de las condiciones de reacción y se puede favorecer la formación de los ácidos β,γ-insaturados.
Esquema 4. Formación de compuestos α,β y β,γ insaturados vía protonación de dienolatos. En el esquema 4 se muestra la descarboxilación del intermediario 7’ para obtener el dienolato 7’’ luego de la perdida de CO2. En este tipo de intermediarios la protonación de 7’’ ocurre de manera irreversible; cinéticamente, es favorecida la formación del producto β,γ porque la protonación ocurre en posición α que es la más reactiva; se estima que la
13. Corey, E. J., J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 5897-5905. 14. Corey, E. J., J. Am. Chem. Soc. 1953, 75, 1163-1167.
29 adición del protón en posición α, es por lo menos 3 veces más rápida que en posición γ. Sin embargo, los isómeros α,β y β,γ pueden estar en equilibrio, siendo el primero más estable termodinámicamente, lo que significa que tiempos largos de reacción y altas temperaturas favorecen la formación del isómero α,β15.
De acuerdo con esto se realizó una búsqueda bibliográfica que permitiera encontrar las condiciones necesarias para obtener el producto favorecido cinéticamente. Algunos estudios realizados en 1996 por el grupo De la Cruz16 utilizaron la condensación de Knoevenagel para obtener alquenos sustituidos (Esquema 5), en esta síntesis se utilizaron sólidos inorgánicos como soporte e irradiación por microondas obteniendo buenos rendimientos en tiempos cortos de reacción, mostrando así que las microondas son una alternativa para reducir los tiempos de reacción en la transformación de Knoevenagel.
Esquema 5. Obtención de alquenos sustituidos usando soportes sólidos e irradiación por microondas
En 1999 Kumar y colaboradores17 realizaron estudios para obtener ácidos β,γ-insaturados por irradiación con microondas de una mezcla de ácido malónico y aldehídos; la reacción se lleva a cabo en SiO2 (sílica gel) en tiempos de reacción no mayores a los 5 minutos (Esquema 6). En esta síntesis se reportan rendimientos altos para la obtención de ácidos con cadenas entre 5 y 11 carbonos.
Esquema 6. Reacción típica para obtener ácidos insaturados
15. List, B.; Doehring, A.; Hechavarria Fonseca, M. T.; Job, A.; Rios Torres, R., Tetrahedron 2006, 62,476-482. 16. De la Cruz, P.; Díez-Barra, E.; Loupy, A.; Langa, F., Tetrahedron Lett. 1996, 37,1113-1116.
30 Más tarde, en el año 2011, Izquierdo et. al18 aplicaron el procedimiento descrito por Kumar a la obtención de este tipo de ácidos con modificaciones en los tiempos de reacción. Los ácidos β,γ-insaturados fueron obtenidos después de irradiar con microondas los compuestos de partida durante 4 periodos de 1,5 minutos cada uno.
Acido 3-pentenóico (7a)
Inicialmente, se decidió aplicar la metodología descrita por Izquierdo18 para ácidos de 6 a 11 carbonos a la síntesis del ácido 3-pentenoico 7a (Esquema 7), usando ácido malónico (8) y propanaldehído (9a). Para esto se usó un microondas casero marca LG operado a 700 watts que fue prestado por el grupo del profesor Jaime Portilla. Sin embargo, contario a lo reportado por Kumar, el rendimiento del producto crudo fue demasiado bajo.
Esquema 7. Síntesis del ácido 3- pentenóico
Una posible explicación es que dado el bajo punto de ebullición del propanaldehído (47°C), este se evapore antes de reaccionar, por tal motivo se realizaron adiciones sucesivas del aldehído antes de cada irradiación. Sin embargo, esta alternativa no fue suficiente para mejorar el rendimiento; como veremos más adelante utilizamos el producto crudo para realizar la esterificación y calcular el rendimiento sobre 2 etapas.
Teniendo en cuenta lo anterior, y que el modelo no necesita de un ácido β,γ-insaturado con una cadena específica, se utilizó otro aldehído disponible.
31
Acido 3-nonenóico (7b)
Usando la misma reacción anteriormente mencionada pero heptanal 9b como reactivo, se obtuvo ácido 3-nonenóico 7b con un 76% de rendimiento (Esquema 8). Para lograrlo se hizo una pequeña modificación al proceso de extracción descrito por Kumar e Izquierdo, en el que se realizan extracciones con diclorometano. A pesar de realizar varios lavados con este disolvente no fue posible recuperar una cantidad apreciable de producto bruto, por tal motivo se utilizó una mezcla de 9,5:0,5 DCM-MeOH y sonicación por 15 minutos, luego de filtrar la sílica fue lavada con AcOEt. De esta manera se recuperó el crudo en un porcentaje cercano al 100%, el análisis por CCD mostró un producto bastante polar y otros productos retenidos en el origen que no fueron extraídos de la columna, luego de la purificación se obtuvo 7b con un 76% de rendimiento.
Esquema 8. Síntesis del ácido 3-nonenóico
Se debe señalar que este procedimiento de extracción también se aplicó a la reacción entre el ácido malónico y propanaldehído sin lograr mejora en los resultados.
b) Esterificación de ácidos β,γ-insaturados
En la misma publicación de Izquierdo et. coll, se describe la esterificación de los ácidos obtenidos por condensación de Knoevenagel. Es evidente que si bien es posible usar condiciones clásicas no es recomendable usar altas temperaturas dada la facilidad de transformación del ácido a su isómero conjugado. Por tal motivo, se reprodujo la metodología descrita en la literatura: se realizó la reacción a temperatura ambiente por 18 horas usando el alcohol como disolvente y reactivo.
32
3-pentenoato de etilo (6a)
Esquema 9. Síntesis del 3-pentenoato de etilo
La esterificación del ácido 3-pentenóico 7a crudo permitió obtener el éster 6a con un rendimiento de 2,8% después de 2 etapas, este resultado indica que es importante seguir trabajando en la optimización de ambas reacciones, primero mejorar el rendimiento de 7a y obtener 6a a partir del ácido purificado 7a esto con el fin de tener el producto de partida para una segunda estrategia en la obtención de la lactona 17.
3-nonenoato de etilo (6b)
Esquema 10. Esterificación del ácido 3-nonenóico
Continuando con la síntesis del fragmento 4 se obtuvo el 3-nonenoato de etilo 6b con buenos rendimientos. Esta reacción no tuvo ninguna dificultad, sin embargo, durante cada ensayo, se comprobó que es importante trabajar con etanol seco con el fin de mejorar la velocidad de reacción y los rendimientos.
c) Síntesis de (3R*,4R*)-epoxinonanoato de etilo (5a)
Como es de suponerse, existen en la literatura numerosos métodos de epoxidación, tanto en serie racémica como enantioselectiva; se cuenta con métodos como la epoxidación de Shi o de Sharpless, así como el uso de oxono y peroxiácidos. Una consulta bibliográfica permitió ver cuáles de estos métodos se habían aplicado con anterioridad a la epoxidación de ésteres β,γ-insaturados. Se encontraron métodos con excelentes rendimientos como el que
33 Andolfsson19 describió en el año 2000 usando metil-trióxido de renio (CH3ReO3), peróxido de hidrógeno y piridina en cantidades catalíticas (Esquema 11).
Esquema 11. Epoxidación 3-hexenoato de etilo
Dada la imposibilidad de conseguir estos reactivos además de su toxicidad fue necesario centrarse en métodos más clásicos y de fácil acceso entre los que se encuentra el uso de ácido m-cloroperbenzóico. La reacción en DCM con un ligero exceso de mCPBA permitió obtener el producto deseado con un 64% de rendimiento (Esquema 12).
Esquema 12. Síntesis de (3R*,4R*)-epoxinonanoato de etilo
Teniendo en cuenta que la epoxidación del éster se realizó en serie racémica, el resultado de la reacción corresponde a la formación de dos enantiómeros, en este orden de ideas es importante aclarar que en la descripción de las siguientes etapas solo se tendrá en cuenta la estereoquímica de un enantiómero.
d) Síntesis de (4R*,5S*)-4-hidroxi-5-pentildihidrofuran-2(3H)-ona (26a)
La hidrólisis de epóxidos catalizada por ácidos es una reacción importante porque permite obtener 1,2-dioles con estereoquímica anti. En este caso, el epóxido se encuentra en posición 3,4 de un éster, debido a que la hidrólisis del éster y del epóxido pueden darse de
34 manera competitiva, es de esperar una doble hidrólisis tándem en la que el producto final sea la lactona 26.
La bibliografía reporta que el tratamiento ácido de 3,4-epoxiésteres 5, permite obtener β-hidroxi-γ-lactonas 26, este proceso puede observarse en el esquema 13 en donde la protonación del epóxido, seguida por el ataque nucleofílico del agua, permite obtener el diol anti, adicionalmente el grupo OH en posición γ ataca el grupo carbonilo permitiendo la salida del alcóxido, como sucede en cualquier esterificación. También es posible pensar que el primer paso sea la hidrólisis del éster y sea el ácido quien actúe como nucleófilo para abrir el epóxido, este mecanismo podría ser predominante en medio anhidro, de hecho fue la primera propuesta mecanística para la hidrólisis de la lactona en ausencia de agua. Sin embargo, como se discutirá más adelante el producto aislado obligó a cambiar de hipótesis y aceptar que aun con cantidades mínimas de agua el mecanismo predominante es la hidrólisis del oxirano.
35 Uno de los primeros reportes sobre hidrólisis ácida de 3,4-epoxiésteres fue realizado en 1964 por el grupo de Falbe20, los cuales indicaron que son necesarias cantidades catalíticas de ácido sulfúrico ó ácido acético en agua para la formación de β-hidroxi-γ-lactonas. Muchos años después, en 1991 Curtis y colaboradores21 establecieron las condiciones necesarias para obtener dichas lactonas con buenos rendimientos, usando una solución al 3% de H2SO4 en agua y aproximadamente 12 horas de reacción.
En esta etapa de la síntesis se aplicó la metodología realizada por Curtis para hidrolizar el epóxido 5a H2SO4 y formar la lactona 26a (Esquema 14). El seguimiento de la reacción por cromatografía en capa delgada indicó que después de 12 horas de reacción solo había formación de cantidades mínimas de producto; por lo que se hizo seguimiento durante las 24 horas siguientes. La cromatografía indicó la presencia de producto de partida y de llegada en cantidades similares, según esto se optó por agregar 1 ml de ácido sulfúrico concentrado adicional y al cabo de 24 horas de reacción se obtuvo una conversión del 100%.
Teniendo en cuenta estos resultados, se intentó optimizar las condiciones para hidrolizar el epóxido 5a con H2SO4. En primer lugar se preparó una mezcla del epóxido y agua y agregamos 1,1 equivalentes de H2SO4 concentrado, la reacción se siguió por CCD a temperatura ambiente sin obtener resultados satisfactorios, luego se adicionó 1 equivalente de ácido sulfúrico adicional y se elevó la temperatura de la reacción a 40 °C. Como era de suponerse se necesitaba de temperatura para abrir el epóxido y formar la lactona porque después de 2 horas, se comprobó que la reacción efectivamente había terminado sin observar el producto de partida en la placa. Después de purificar, se obtuvo la lactona con un rendimiento cercano al 70%.
Esquema 14. Formación de lactona por hidrólisis de epóxidos
20. Falbe, J.; Schulze-Steinen, H.-J.; Korte, F., Chemische Berichte 1964, 97,1096-1103. 21. Curtis, N. R.; Holmes, A. B.; Looney, M. G., Tetrahedron 1991, 47,7171-7178.
36 De acuerdo con estos resultados se realizó un tercer ensayo que consistió en utilizar cantidades catalíticas de ácido y aumentar la temperatura, en este caso se usaron 0,3 equivalentes de ácido sulfúrico para hidrolizar 5a a 40°C, el seguimiento por placa indicó que la reacción se completó en 12 horas obteniendo un rendimiento del 57% del producto 26.
Otro aspecto importante que se debe señalar es la estereoquímica del producto obtenido, contrario a lo reportado en la literatura (selectividad anti >95%), se obtuvo una mezcla de diastereoisómeros anti/syn (5:1), fácilmente cuantificable por 1H RMN en DMSO d6, donde se hace visible la señal para el protón del grupo OH. Para asegurarnos de no tener problemas de cuantificación relativa por este método el operador del equipo aumentó el tiempo entre pulsos, con el fin de evitar ambigüedades en la integración de las señales, los resultados obtenidos fueron los mismos.
Este hecho sugiere que el mecanismo del esquema 13, compite con la formación del carbocatión, probablemente promovida por el aumento de temperatura. Por este motivo los estudios que actualmente desarrollamos también están encaminados a mejorar la selectividad de la reacción usando ácidos más fuertes.
e) Protección de (4R*,5S*)-4-hidroxi-5-pentildihidrofuran-2(3H)-ona (4).
La protección de la lactona 26a es la última etapa para la formación del fragmento 4, en este estudio se realizaron ensayos utilizando 3 grupos protectores distintos: bencilo, grupos sililados y tosilo, los cuales se explicarán en detalle a continuación.
Bencilación
El bromuro de bencilo es uno de los compuestos más usados durante la protección de grupos OH. En condiciones clásicas, el uso de bases como el NaH deprotona el alcohol generando el alcóxido nucleofílico permitiendo la entrada del grupo bencilo. Sin embargo, el uso de NaH es restringido para proteger β-hidroxi-γ-lactonas debido a que la fuerza de la
37 base puede romper el ciclo. Partiendo de este hecho, se realizó una búsqueda bibliográfica para encontrar en qué condiciones se habían protegido lactonas similares la 26a con bromuro de bencilo.
En 1987, Walkup y colaboradores22 utilizaron Ag2O para proteger selectivamente uno de los OH en β,γ-dihidroxi ésteres e inducir la lactonización. (Esquema 15).
Esquema 15. Estrategia de protección del grupo hidroxilo terminal de Walkup
Años más tarde Ahn et. all.23 lograron proteger β-hidroxi-γ-lactonas usando BnBr, Ag2O y cantidades catalíticas de KI, obteniendo rendimientos de hasta 63%; estas condiciones son usadas comúnmente en bencilaciones selectivas en monosacáridos.
Esquema 16. Estrategia de protección β-hidroxi-γ-lactonasdescrito por Ahn.
Teniendo en cuenta estos antecedentes, se adaptó la metodología reportada por Ahn para la protección de la lactona 26a. Siguiendo las recomendaciones del autor, el óxido de plata se preparó mediante una reacción entre hidróxido de sodio y nitrato de plata, sin embargo, los resultados de este experimento no fueron satisfactorios. Una de las posibles causas es la presencia de agua en el compuesto de partida impidiendo una protección efectiva; por eso es necesario hacer uso de las diferentes estrategias para retirar el agua (uso de agentes secantes como MgSO4, coevaporación con tolueno y varias horas a presión reducida) y realizar nuevamente un ensayo de protección.
22. Walkup, R. D.; Cunningham, R. T., Tetrahedron Lett. 1987, 28, 4019-4022.
38 Protección con grupos sililados
La protección de alcoholes con grupos sililados ha sido ampliamente estudiada y documentada en la literatura, en este trabajo se optó por usar el método descrito por Gamba-Sánchez y Prunet24 en el que se protegieron alcoholes homoalílicos con buenos resultados usando 1,5 equivalentes de TESCl y 3 equivalentes de imidazol, aunque también es posible usar el método de García25 que ya ha sido probado en hidroxilactonas.
Inicialmente se hicieron ensayos de protección de la lactona 26a utilizando 1,5 equivalentes de TBDPSCl. El seguimiento de la reacción por CCD indicó la presencia del compuesto de partida además de otros subproductos, se agregó 0,75 equivalentes del compuesto sililado y 1,5 equivalentes de imidazol los cuales resultaron insuficientes para mejorar la conversión, en estas condiciones se obtuvo la lactona con un rendimiento solo del 10% además de una serie de productos polares no identificados y 62% del producto de reacción entre dos moléculas de TBDPSCl y agua (Esquema 17), este último producto hace obvia la humedad del producto de partida y nos motiva a buscar rutas que se hagan en otro disolvente no sin antes secar y repurificar el producto de partida.
Esquema 17. Protección de la lactona con el grupo TBDPSCl en DCM
En estudios realizados por Curtis21 se protegen lactonas con buenos rendimientos utilizando DMF a 60°C y un pequeño exceso de TBDPSCl; en el caso de la lactona 26a, el rendimiento obtenido durante la protección fue del 84% (Esquema 18).
24. Gamba-Sánchez, D.; Prunet, J., J. Org. Chem 2010, 75, 3129-3132. 25. García, C.; Martín, T.; Martín, V. S., J. Org. Chem 2001, 66, 1420-1428.
39 Esquema 18. Protección de la lactona con el grupo TBDPSCl en DMF
Un aspecto positivo de esta reacción es que el espectro 1H RMN y 13C RMN de 37 mostraron claramente la existencia de un sólo diastereoisómero, en este caso el anti, lo que significa que luego de la protección los dos isómeros son separables o que el isómero syn no reacciona o por lo menos no a la misma velocidad que el anti. Esta última hipótesis solo se podrá corroborar cuando se realice la reacción con mezclas de proporciones similares de los dos isómeros de la lactona 26a.
Tosilación.
Siguiendo con la revisión bibliográfica encontramos que en el año 2003, Wang et. coll26 obtuvieron β-hidroxi-γ-lactonas con rendimientos cercanos al 63% utilizando ácido camfersulfónico y CH2Cl2 a temperatura ambiente (Esquema 19) dado que en la universidad y en el grupo de investigación no se cuenta con este ácido, en una primera aproximación se emplearon las condiciones usadas por el grupo de Wang sólo reemplazando el ácido camfersulfónico por el ácido p-toluensulfónico.
Esquema 19. Formación de lactonas usando ácido camfersulfónico
40 Los autores reportan que un 10% molar de ácido es suficiente para hidrolizar el epóxido; sin embargo, el seguimiento por CCD indicó que el producto de partida no se consumía completamente, de esta forma, se adicionaron cantidades sucesivas de 0,1 equivalentes del ácido hasta que la cromatografía indicara que la reacción se había completado en un 100%. En total, fueron necesarios 1,1 equivalentes de ácido p-toluensulfónico para completar la reacción.
Contrario a lo observado durante la hidrólisis con H2SO4, el producto de la reacción entre el ácido p-toluensulfónico y el epóxido fue visible al UV. Luego de purificar y tomar espectros de RMN se comprobó que no fue posible obtener la lactona 26, sin embargo, se pudo verificar que el ácido p-toluensulfónico protonó el epóxido y que el grupo sulfonato atacó nucleofílicamente el carbono en posición γ (Esquema 20). El ácido p-toluensulfónico comercial es monohidratado, lo que siguiere que en el medio de reacción hay una competición por el electrófilo entre el agua y el sulfonato generado luego de la protonación.
Esquema 20. Hidrólisis, ciclación y protección tándem.
Si bien es posible que sea el agua el nucleófilo y luego mediante una reacción similar a una esterificación, el ácido sulfónico reaccione con el OH libre; también se puede considerar que luego de la protonación del epóxido es el sulfonato quien actúa como nucleófílo, de esta manera se explica la alta estereoselectividad de la reacción y el hecho de no haber aislado un producto ditosilado.
Se debe señalar que este tipo de hipótesis se lanzan sin haber tomado un espectro RMN del crudo de reacción, que seguramente dará más herramientas para solucionar el problema, sin embargo, no se cuenta con un equipo de resonancia magnética que permita ver claramente los productos presentes en una mezcla de reacción.
41
8.1.2 Síntesis del fragmento (2-benciloxibenzoil)-D-treonina (10)
a) Síntesis del ácido 2-(benciloxi) benzóico (13)
En 1967, Farkas y colaboradores27 lograron obtener buenos rendimientos durante la síntesis del ácido 13. La estrategia del grupo de Farkas consistió en una bencilación completa del ácido salicílico 15 seguida de la saponificación del éster usando una solución básica de metanol.
En esta investigación se utilizó esta metodología para obtener el 2-benciloxibenzoato de bencilo 38, esta primera etapa requirió 4,5 equivalentes de K2CO3 completamente seco para deprotonar los grupos OH de 15 y 3,2 equivalentes de cloruro de bencilo previamente destilado para obtener el éster 38. Luego de que el seguimiento por CCD indicara que la reacción había finalizado, fue necesario disolver el producto en acetato de etilo y lavarlo con agua para retirar el exceso de dimetilformamida. A pesar de que el producto se separó del agua fácilmente, fue necesario disolverlo ya que solidifica a temperaturas cercanas a la ambiente, haciendo imposible la extracción sin un disolvente.
Este producto 38 se uso sin ninguna purificación en la reacción de saponificación, la cual se logró usando metanol y una solución acuosa de NaOH, en un tiempo de reacción no mayor a 4 horas. La recuperación de 13 fue dispendiosa debido a que se tenían trazas de DMF, impidiendo obtener el producto sólido, sin embargo, el ácido 2-(benciloxi) benzóico fue obtenido con buenos rendimientos después de lavados sucesivos con agua y de purificar el producto por columna (Esquema 21).
Esquema 21. Obtención del ácido 2-(oxibencil) benzóico
42
b) Síntesis de 3-(2-oxibencilbenzoil)-1,3-tiazolidia-2-tiona (11)
El paso a seguir era el acoplamiento del ácido 13 con la D-treonina, para esto se planteó
inicialmente una reacción de amidación de Steglich, sin embargo, algunos experimentos preliminares no dieron buenos resultados cuando se quiere acoplar un ácido aromático o insaturado con aminoácidos libres y/o bifuncionales28. Por tal motivo se modificó el plan inicial y se planteó el uso de la amida 11 como alternativa.
La síntesis de 11 solo ha sido reportada por Nagao et coll. en 198429,30 por reacción entre el ácido 13 y 1,3-tiazolidia-2-tiona 14 utilizando las condiciones de Steglich: DCC y cantidades catalíticas de DMAP; en estas condiciones la diciclohexilcarbodiimida y el ácido 13 forman un intermediario 13a, el cual puede reaccionar con el heterociclo 14, sin embargo esta reacción es demasiado lenta, por lo que se necesita de un catalizador DMAP, como resultado de la reacción se obtuvo la amida de interés 11 y diclohexilurea como subproducto. (Esquema 22)
28. Becerra, L.; Garzón, A., Resultados no publicados.
29. Nagao, Y.; Seno, K.; Kawabata, K.; Miyasaka, T.; Takao, S.; Fujita, E., Tetrahedron Lett. 1980, 21,841-844. 30. Nagao, Y.; Miyasaka, T.; Hagiwara, Y.; Fujita, E., J. Chem. Perkin Trans. I 1984, 0, 183-187.
43 Esquema 22. Mecanismos para la formación de la amida 11
44 En este trabajo se utilizó esta síntesis para la obtención de la amida 11, sin embargo, ante la ausencia de heterociclo 14, se hizo uso de la metodología reportada por Delaunay31 para la obtención de 1,3-tiazolidin-2-tionas. La bibliografía reporta que estos heterociclos pueden ser fácilmente preparados utilizando CS2 y β-amino alcoholes en presencia de bases como el KOH o K2CO3; durante la síntesis se deben controlar muy bien las condiciones para la obtención de este tipo de heterociclos debido a que dependiendo de las condiciones de reacciónse pueden formar oxazolidintionas 44 (Esquema 23)
Esquema 23. Obtención de tiazolidintionas y oxazolidintionas
La formación de oxazolidintionas 44 requieren de condiciones suaves y tiempos cortos de reacción, generalente se usa K2CO3 como base y cantidades estequiometricas de CS2, mientras que para la formacion de tiazolidintionas 14 se necesitan condiciones un poco mas drásticas, como el uso de KOH, 5 equivalentes de sulfuro de carbono por cada equivalente de β-amino alcohol en tiempos de reacción comprendidos entre las 15 y 16 horas.
En el laboratorio se obtuvo 1,3-tiazolidin-2-tiona utilizando la metodología reportada por Delaunay, utilizando etanolamina y un exceso de 5 equivalentes de CS2.
Esquema 24. Síntesis de 1,3 tiazolidina-2-tionas
Luego, la amida 11 fue obtenida con un 57% de rendimiento después de 12 horas de reacción.
45 Esquema 25. Síntesis de la amida 11 por acoplamiento entre el ácido carboxílico y la
1,3-tiazolidin-2-tiona
c) Síntesis del ácido(2S,3R)-2-(2-(oxibencil)benzamido)-3-hidroxibutanóico (10)
La reacción entre la amida 11 y la D-treonina permitió obtener (2-benciloxibenzoil)-D -treonina con un rendimiento similar al obtenido por Nagao24 en 1984.
Esquema 26. Síntesis de (2-benciloxibenzoil)-D-treonina
A pesar de que el rendimiento obtenido es similar al de la literatura, el tiempo de reacción es de 10 días a temperatura ambiente.
Para mejorar los tiempos de reacción y posiblemente el rendimiento, es posible obtener el mismo producto 10 utilizando cloruro de tionilo sobre el ácido salicílico 15.32. Si se observa el esquema 27, 48 puede reaccionar con la treonina 12 permitiendo obtener la amida 10 de forma más rápida y económica.
32. Ravina, E.; Sanchez-Alonso, R.; Fueyo, J.; Baltar, M. P.; Bos, J.; Iglesias, R.; Sanmartin, M. L., Arzneimittelforschung 1993, 43, 689-694.
46 Esquema 27. Obtención de la amida 10 usando SOCl2
En la universidad no se cuenta con cloruro de tionilo, sin embargo, se utilizó la metodología reportada por el grupo de Wanner33, para obtener el compuesto 49. Los autores reportan que el cloruro de ácido 50 fue preparado en 2 etapas las cuales consisten inicialmente en una protección del grupo OH con TMSCl seguida de una reacción con cloruro de oxalilo. Este procedimiento fue utilizado para preparar 50, quien no se aisla ni se trata, una vez en análisis por CCD indicó el consumo completo del reactivo, se adicionó una solución de treonina en medio básico34 (Esquema 28), de esta manera es posible la amida 49.
Esquema 28.Uso de cloruro de oxalilo para obtención de amida 49 similar a la amida 10 Por diferentes inconvenientes no fue posible purificar 49, sin embargo, la caracterización de este producto servirá en estudios posteriores para realizar el acoplamiento final con el fragmento 4.
33. Wanner, K. T.; Weber, U., J. Heterocycl. Chem. 1997, 34,681-683.
47 8.2 AVANCES PARA LA FORMACIÓN DEL ANILLO DILACTÓNICO DE
ANTIMICINAS A3b
8.2.1 Síntesis del ácido 2-pentenoico (21)
De acuerdo con la retrosíntesis mostrada en la figura 4, el ácido 2-pentenóico 21 es el compuesto de partida para la formación del éster 19. Aun siendo este ácido 21 comercial, su costo es elevado, por tal motivo fue necesario prepararlo en el laboratorio mediante una condensación entre el ácido malónico 8 y propanaldehído 22 (Esquema 29). La síntesis de este ácido no tuvo dificultades y la reacción pudo seguirse por CCD usando como patrón el ácido 2-pentenóico comercial.
Esquema 29. Obtención del ácido 2-pentenoico 8.2.2 Síntesis del 2-pentenoato de etilo (19)
Esquema 30. Esterificación del ácido 2-pentenóico
La segunda etapa de la síntesis consistió en la esterificación en condiciones clásicas del ácido 2-pentenóico usando etanol seco y ácido sulfúrico en benceno a reflujo obteniendo un 74% de rendimiento. En este caso, no es necesaria la baja temperatura puesto que el producto no puede isomerizarse.
Lo único que se debe tener en cuenta en esta reacción es que se debe retirar el agua que se forma para desplazar el equilibrio; para esto la literatura describe el uso de trampas Dean-Stark, en este caso se uso una trampa de tamiz molecular ubicada entre el balón de reacción y el condensador la cual permite retirar el agua y usar cantidades menores de disolvente.
48 8.2.3 Síntesis del 4-bromo-2-pentenoato de etilo (20)
Entre las condiciones clásicas para la bromación alílica se cuenta el uso de NBS en CCl4. En la literatura se describen buenos resultados como lo muestra el esquema 31.
Esquema 31. Bromación en posición alílica del ciclohexeno
En este caso la bromación alílica debía hacerse sobre un éster α,β-insaturado; uno de los primeros reportes para la bromación en posición γ de este tipo de ésteres fue hecho en 1956 por Werner Herz35 usando NBS y peróxido de benzoilo en CCl4, en donde luego de 12 horas de reacción a reflujo se lograron buenos rendimientos. Años más tarde, en 1993 Girard y Colaboradores36 bromaron ésteres alílicos en solo 2 horas y sin iniciador de radicales usando un exceso de NBS en CCl4 a 80 °C.Durante esta síntesis se adoptó la metodología realizada por Girard y colaboradores usando 2 propanoato de etilo (1 equiv) y NBS (1,15 equiv). Dada la toxicidad del CCl4, lo primero que se hizo fue sustituir el disolvente; la literatura reporta un intercambio CCl4 por CHCl3 y este ultimo por CH2Cl2 sin aparente pérdida en la selectividad ni cambio drástico en las condiciones de reacción.
Luego de varios intentos (tabla 2) se observó que la cantidad de producto era insignificante (determinada por RMN del producto crudo de reacción) aun después de largos tiempos de reacción. Con base en lo anterior se estudió más a fondo el problema.
Ensayo Disolvente Temperatura Tiempo de reacción % de conversión
1 CH2Cl2 40 36 horas Indeterminado
2 CHCl3 62 36 horas Indeterminado
3 CCl4 80 5 horas Indeterminado
4 PhCl 130 8 horas 100
Tabla 2. Condiciones y tiempos empleados para la obtención del éster bromado
35. Herz, W., Journal of the American Chemical Society 1956, 78, 1485-1494.
49 Inicialmente fue necesario recristalizar la N-bromosuccinimida de agua, esta succinimida fue amablemente suministrada por el profesor Jaime Portilla, sin embargo, aunque se logró observar el producto por RMN 1H del crudo de la reacción, la conversión seguía siendo muy baja.
La otra alternativa a explorar era el cambio de disolvente, pues es posible que aun bajo el efecto de la luz, la temperatura de ebullición del CH2Cl2 no sea suficiente para generar los radicales Br.
Después de realizar varios ensayos con CHCl3 y con CCl4 se encontró que la reacción no se realizaba de manera efectiva; por lo que se uso otro disolvente con mayor punto de ebullición, usando clorobenceno se obtuvo una conversión total y un buen rendimiento (Esquema 32).
Esquema 32. Formación del 4-Bromo-2-pentenoato de etilo
Otro problema que se presentó durante la síntesis, fue la imposibilidad de seguir la reacción mediante CCD. Tanto el compuesto de partida como el producto final presentaron RF’s idénticos en distintos sistemas de elución, y todos revelaron de la misma manera con todos los reveladores que utilizamos; para solucionar este inconveniente, se prepararon patrones tanto del compuesto de partida como del producto y se determinó los tiempos de retención de cada compuesto en un cromatógrafo de gases, de esta forma fue posible seguir el avance de la reacción y determinar en qué momento se había dado una conversión completa; el equipo usado fue un cromatógrafo Varian modelo 450 GC con detector de captura de electrones.
50 8.2.4 Síntesis de 2-butil-3-pentenoato de etilo (18)
Uno de los primeros reportes que indican la alquilación y deconjugación de ésteres α,β- insaturados fue realizado por el grupo de Koyoma en 1972, en esta síntesis los autores obtuvieron 2-butil-metil ésteres usando bromo butano y bases fuertes como amiduro de sodio y de potasio con rendimientos entre 4 y 66 %.
Esquema 33. Rendimientos obtenidos para la alquilación de ésteres insaturados
El uso de compuestos órganometalicos para reacciones de adición de grupos alquilo selectivas sobre sustratos alílicos ha sido ampliamente estudiado durante las últimas décadas, entre estos compuestos se encuentran principalmente: reactivos de Grignard, organolitiados y cupratos.
En 1986, Tseng y colaboradores37, realizaron estudios para la alquilación de acrilatos alílicos usando reactivos de Grignard y cantidades catalíticas de sales de cobre (I). Por otro lado en 1989, Girard et coll.38 obtuvieron ésteres α-sustituidos mediante una reacción SN2’ entre ésteres α,β-insaturados con sustituyentes halogenados en posición γ y especies organometálicas preparadas in situ (Esquema 34)
37. Tseng, C. C.; Paisley, S. D., J. Org. Chem. 1986, 51, 2884-2891. 38. Girard, C.; Romain, I., Tetrahedron Lett. 1989, 30, 7399-7402.
51 Figura 34. Adición del radical butilo sobre el 4-bromo-2-butenoato de metilo
El grupo de Girard reporta que adicionalmente al reactivo R2Cu(CN)Li2.BF3 se pueden usar otras especies como RCu(CN)MgBr37 en donde la selectividad del producto deseado depende del carbono donde se encuentre el grupo saliente, es decir, el mecanismo será siempre SN2’ independientemente de si se obtiene el producto conjugado o no.
En esta síntesis se realizó experimentos con los dos reactivos.
En primer lugar, se utilizó el procedimiento descrito por el equipo de Tseng para obtener BuCu(CN)MgBr el cual fue preparado usando BuMgBr y CuCN. Debido a que inicialmente no se contaba con CuCN, éste fue preparado mediante una reacción entre el sulfato de cobre y cianuro de sodio adicionando un agente reductor. Por otro lado, para la obtención del reactivo de Grignard, se utilizó magnesio en polvo el cual fue previamente activado. Generalmente esta reacción es muy sensible a la humedad por lo que en cada ensayo se prestó especial atención en trabajar en las condiciones más anhidras posibles. La tabla 3 muestra las condiciones empleadas en términos de número de equivalentes de CuCN y BuMgBr: el seguimiento por placa sólo mostró una conversión mínima para el ensayo 1, 2 y 3. La no obtención del producto deseado tiene dos posibles explicaciones: primero es probable que el magnesio se haya oxidado antes de formar el reactivo de Grignard debido a su alta área superficial, esta es la razón principal para que se deba usar magnesio en granallas o virutas y no en polvo en estas reacciones, sin embargo, no fue posible obtener magnesio de estas características; la segunda es que se hubiese tenido agua en el medio, proveniente del reactivo o del disolvente (Esquema 35 y tabla 3)
52 Esquema 35. Obtención del éster alquílico usando BuCuCNMgBr
N° Reactivo Disolvente CuCN (equiv) nBuMgBr T(h) T°C Conversión
1 BuCuCNMgBr THF 0,17 3 8 -78 mínima
2 BuCuCNMgBr THF 0,5 4 12 -78 mínima
3 BuCuCNMgBr THF 4 4 24 -78 mínima
Tabla 3. Condiciones para la obtención del 2-butil-3-pentenoato de etilo usando BuCuCNMgBr Puesto que Girard no reporta la obtención de Bu2Cu(CN)Li2.BF3, se optó por hacer una búsqueda bibliográfica que permitiera obtener in situ esta especie: se utilizó la metodología reportada por Ibuka y colaboradores39 quienes en 1989 utilizaron 3 equivalentes de CuCN, 6 equivalentes de nBuLi 0,76 M y 3 equivalentes de BF3Et2O. Para el experimento, se preparó en el laboratorio nBuLi a partir de litio metálico y bromobutano el cual siempre fue titulado antes de usarlo, generalmente la titulación de nBuLi se realiza en atmósfera inerte utilizando mentol y dipiridilo como indicador observando una coloración rojiza en el punto final, los resultados de la titulación mostraban que la concentración del nBuLi estaba comprendida entre 0,76 y 0,78 M. Al igual que en la reacción con BuCuCNMgBr estas reacciones con nBuLi se realizan en condiciones anhidras estrictas y en atmósfera inerte debido a que el nBuLi se puede oxidar fácilmente. Sin embargo, a pesar de todos los ensayos los resultados no son reproducibles y el producto deseado solo se obtuvo una vez (Esquema 36)
Esquema 36. Uso de Bu2Cu(CN)Li2.BF3 para adiciones alquílicas
